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脂润滑滚动轴承的成沟和清除

时间:2023-04-26   访问量:95

超过90%的滚动轴承采用脂润滑。脂润滑过程大致可分为搅动阶段和分油阶段。在搅动阶段,润滑脂的宏观流发生在移动的球将润滑脂从球之间的区域(称为通过区域)推向未被球扫过的区域(称为非通过区域),即球与防尘盖之间的区域。润滑脂显然也会回流。然而,好的润滑脂最终将形成一道沟。因此,这种搅动过程有时也被称为成沟或清除。在搅动阶段,由于拖曳损失引起的摩擦力矩大,温度将升高。当润滑脂从滚动体之间的区域排出而进入非通过区域时,搅动将减弱。在分油阶段开始的那一刻,润滑脂停留在非通过区域中,分油来润滑轴承。在分油阶段,摩擦力矩小得多,并且仅包括滑动和滚动弹性流体动力润滑(EHL)摩擦。在搅动阶段后的1 h内通常会达到大致稳态的温度,这将在本文后面说明。搅动阶段的温度和长度取决于轴承的几何尺寸、运行条件以及润滑脂的流变特性。后者在搅动阶段发生变化,主要是由于剪切作用和热降解作用。在运行的轴承中,稠化剂的微观结构在润滑脂早期寿命中发生局部变化,这表明轴承运行过程中润滑脂的非均匀老化过程。在某些情况下,润滑脂会变硬,而在其他情况下,其会软化/降解。这种行为上的差异还无法解释。在采用相同润滑脂进行的试验中,在分油阶段观察到温度曲线的变化,称为事件。到目前为止,这种变化归因于初始填充量的变化和/或润滑脂批次中润滑脂性能的变化。将轴承填满润滑脂将导致由于过度搅动而产生的高温。文献[13]表明,减少润滑脂量可减少润滑脂的泄漏和降解。然而,也会导致润滑脂寿命更短,这显然不是首选。

在搅动阶段,由于拖曳力的作用,润滑脂的流变特性发生了重大变化,导致轴承中的大部分润滑脂有较高的剪切速率。在EHL接触区中,剪切速率显然极高,但仅有很少一部分润滑脂会通过接触区,因此这可能没太大意义。当清除完成时,搅动阶段结束,因此,当润滑脂上的剪切应力低于润滑脂的屈服应力时,润滑脂马上处于静止状态(在非通过区域)。文献[14]表明,在运行温度下,搅动阶段中的屈服应力增加,剪切能破坏稠化剂网结构。微观结构的退化/变化速率取决于对润滑脂所做的功、输入能量或熵。Moore和Cravath的研究表明,对于本文所用的纤维增稠型润滑脂,屈服应力的变化可归因于稠化剂纤维的长度与直径之比的变化,该比值与润滑脂工作时间的对数呈线性关系。Zhou等进行的原子力显微镜(AFM)观测表明,在低能量输入下,纤维发生排列,当施加大能量水平时,纤维会断裂或破碎。不能简单地将熵或能量概念应用于旋转轴承中润滑脂降解的原因有2个。首先,流动非常不均匀,因此所施加的剪切也是如此,这导致了非均匀退化。轴承中的摩擦不仅由拖曳引起的润滑脂上的剪切力给出,还由EHL滑动和滚动摩擦给出。在搅动阶段,摩擦和能量由拖曳支配,这简化了该问题。然而,在搅动阶段后,降解过程仍在持续,速率要低得多。毕竟在该阶段,宏观流小得多,润滑剂通过EHL接触的流速也很小。在分油阶段,润滑脂的机械老化在很大程度上取决于润滑脂在轴承中的位置,如文献[15]所示。

本文通过滚动轴承试验对搅动现象进行研究,测量了搅动阶段前、搅动阶段中和搅动阶段后的润滑脂屈服应力。屈服应力的变化与用AFM观测的微观结构变化相关。其次,利用滚压稳定性老化试验机(RST)模拟搅动阶段的老化现象,在轴承试验中测得的搅动温度下进行试验。


1 材料和方法
1.1 润滑脂样品

本研究所用的具有不同稠化剂含量的2种润滑脂样品遵循Nolan等给出的方法在实验室中制造。特性见表1。

表1 试验中所用润滑脂的特性

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之前通过在自生温度条件下以相对高速运行的轴承的温度曲线测量搅动阶段的持续时间来研究这些润滑脂的搅动和清除特性。润滑脂被分为良好或不良成沟型,即分别具有峰值或平台温度曲线。因此,将良好成沟称为峰值型,不良成沟称为平台型。

1.2 轴承试验的说明

在R0F +试验台上对带非接触密封(称为防尘盖)的6204-2Z/C3深沟球轴承进行试验。试验方法参考文献[14]。在试验期间,轴承总填充30%自由体积的润滑脂样品。所有轴承内填充的位置和量相同(每套轴承±5 mg变化)。所有试验均在15 000 r/min的转速和150 N的径向载荷下进行,每次试验都在室温(22~30 ℃)下开始。

1.3 屈服应力测量

按照Cyriac等的方法,采用TA仪器公司的具有板-板几何结构(板直径25 mm)的应变控制DHR2流变仪测量屈服应力。将少量润滑脂(约0.5 g)置于板之间,与500 μm的所需间隙设置达到0.025 mm的偏差后,用微型刮刀去除多余的润滑脂。在达到预设间隙后,以100 s-1的剪切速率进行60 s预剪切。接下来进行30 min的平衡使法向力松弛。然后对成沟温度下的所有试样进行了频率为1 Hz、应变为0.001%~1 000%的振荡应变扫描测量,得到了屈服应力。轴承试验用相同润滑脂的峰值温度有变动。然而,在流变学试验中选择了该润滑脂的成沟温度,即用该润滑脂进行的所有试验中搅动阶段的平均温度。对LM2L,平均温度为110 ℃;对LM3L,平均温度为125 ℃。每次测量重复4次,并绘制出平均值。由此产生的屈服应力测量值小于平均值偏差的10%。

1.4 采用润滑脂工作器进行预剪切

润滑脂工作器由含有润滑脂的封闭圆筒中有多个孔的活塞组成。在试验中,活塞以预定的冲程数上下移动,润滑脂从孔中挤出。在进行稠度测量前,通常用于预剪切(60个冲程)。因此,对未使用的润滑脂进行屈服应力测量时,也进行了这种预剪切。

1.5 轴承试验中的润滑脂老化

如上所述,屈服应力的变化可用施加在润滑脂上的比能来描述。由于轴承内的不均匀剪切和流动,不可能对稍后将取出进行分析的特定润滑脂样品进行这种能量计算。然而,通过采用由轴承摩擦引起的温度升高,至少可给出施加到润滑脂上的总能量的定性度量。润滑脂老化是热力学过程,因此需同时考虑机械老化和热老化。由于各种轴承试验中的搅动温度会发生变化,因此不仅需解决摩擦(机械部分),还需解决热老化的变化。这可通过包括Arrhenius修正来实现,就像Zhou等的早期研究。搅动阶段结束(即成沟/清除完成时)的特征是温度下降,在所进行的较高速度试验的情况下,温度快速下降。通过温度信号积分测得的能量显然不是真实能量,而是表观能量,可定义为2.jpg

(1)

式中:T为测得的温度;Trt1后的平均Tt1为达到T1的时间,在所有试验中T1≈60 ℃;T0为屈服应力测量所用温度。

符号如图1所示。3.jpg

图1 (1)式中参数的描述

在理想情况下,T1应为分油阶段的温度。然而,在某些试验中没有达到分油阶段,不能测量。因此,T1固定在60 ℃。由此产生的误差非常小,因为在进入分油阶段的那些试验中,温度变化不超过5°。

1.6 滚压稳定性试验(RST)老化

轴承中的润滑脂不仅被剪切,而且被滚压。滚压的特点是高剪切与高压的组合。因此,在润滑脂工作器中进行的剪切老化试验有时被认为不足以描述滚动轴承的机械老化。所谓的滚压稳定性试验机(RST)可能更合适,其在ASTM D1831中被定义且如图2所示,采用了修正版。在这里将一个约50 g的润滑脂样品放入包含重的滚子的封闭圆筒中,模拟滚动轴承的滚动体-外圈接触,且承受应力的润滑脂的体积不会适时改变。圆筒在炉子中运行,使其能在搅动温度下进行试验(对LM3L来说是125 ℃,对LM2L来说是110 ℃)。试验的持续时间各不相同。每次试验前后测量成沟温度下的屈服应力。4.jpg

图2滚压稳定性试验机和插入的圆筒/滚子

1.7 AFM观测

AFM观测用NX-10 park系统进行。采用宽度和长度分别为20 μm和125 μm、特征频率为330 kHz的悬臂进行观测,所有观测均采用非接触模式。关于如何对润滑脂进行AFM观测的详细过程可见文献[28]。本文只给出了相位图。

1.8 润滑脂分布测量

试验结束后,用纸巾清洁轴承的外部并称重。根据试验前后的轴承重量之差计算漏脂量。在此之后,打开轴承,并分别称重轴承内的润滑脂(即位于轴承挡边、滚道、保持架梁和兜孔上的润滑脂)和防尘盖上的润滑脂。任何轴承试验后无法追溯的润滑脂质量分数总小于1%。


2 结果
2.1 搅动阶段的持续时间

如上所述,由于拖曳摩擦,搅动阶段的温度很高。良好/峰值型润滑脂表现出非常短的搅动阶段(特征是短时间的高温),而不良/平台型润滑脂表现出非常长的搅动阶段(长时间高且恒定的温度)。对于峰值型,温度的高低和持续时间在不同试验中是不同的,但在温度降至仅由EHL摩擦引起的相对稳定值前,不超过3 h。平台意味着温度在更长的时间内保持不变。然而,平台的持续时间和最大自生温度随着试验的不同而不同。请注意所有试验均采用同一批润滑脂进行,轴承总用相同体积的润滑脂填充。此外,轴承由在同一台试验机上进行所有试验的相同人以相同方式填充。因此,这种变化并没有明显的原因。这归因于初始填充中的微小变化,导致脂润滑过程中的混沌行为,这在文献[9]中已被早期发现。初始条件的一个很小的变化可能会对轴承内部的润滑脂流动行为产生很大的影响。搅动时间变化的示例如图3所示,相同的不良/平台型润滑脂(LM3L)为3~18 h,相同的良好/峰值型润滑脂(LM2L)为 1.5~3 h。

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图3 搅拌相长度变化的温度-时间图

润滑脂的强非线性老化行为进一步增强了该影响。在剪切开始时,润滑脂的流变特性以非常高的速率变化。稍后将显示旋转轴承中润滑脂的屈服应力几乎瞬时变化,屈服应力与润滑脂在润滑脂工作器中仅有60个冲程老化后的屈服应力相当。因此,在轴承运行早期,流变特性也发生了很大的变化。小的流动变化会导致剪切的小变化,而剪切的小变化会导致流动特性(流变特性)的大变化,这又会对流动产生很大的影响。这2种影响(初始填充的变化和流变特性对剪切非常敏感的变化)是造成搅动相长度变化的原因。

2.2 润滑脂的成沟和清除

在成沟过程中,润滑脂从球之间的区域(通过区域)移动到非通过区域。在搅动阶段后,非通过区域将被完全填充,因为最初的填脂量(自由体积的30%)约等于未通过区域的体积,所以大部分润滑脂会附着在密封件与内圈及外圈之间的空间中。该区域在本文中标记为在防尘盖上,而非在轴承内部。本节中将采用在轴承中、防尘盖上所测得的润滑脂质量分数以及泄漏所造成的损失来描述该过程。所有轴承填充的方式类似,所有润滑脂都位于通过区域(球之间)。图4的结果显示出在第1个数据点(即E ′= 25 000),轴承仅运行了10 min,仅有约35%(最初100%)的润滑脂留在轴承内部。这与文献[14]一致,表明泄漏率在前10 min显著(约3%),但实际上在此之后停止或至少未以如此高的速率持续。因此,在最初的几分钟内,大部分润滑脂已从通过区域移动到非通过区域。这一定造成了轴承内部相对较大的压力,导致泄漏。6.jpg

图4 搅动阶段(实心符号)和分油阶段(空心符号)在轴承内部(仅包括轴承挡边、滚道、保持架梁和保持架兜孔,但不包括防尘盖)测量的润滑脂质量分数。注:E ′由(1)式计算,不含Arrhenius因子

在这最初的几分钟内形成脂沟后,仅需转移非常少量的润滑脂(约5%~10%,质量分数),这需花费相当长的时间。用清除一词表示这点是适当的。清除阶段的结束以这5%~10%的润滑脂突然移动到防尘盖上为标志。在清除阶段,润滑脂并非静止。虽然沟的形成仅需几分钟,但一些被挤到防尘盖上的润滑脂并未留在那里。这将是一种循环流的形式,其中大部分润滑脂确实被推向侧面,但也会再次回到通过区域。这可从润滑脂样品在搅动阶段的渐进老化(到目前为止,大部分来自非通过体积)得出,如图5所示,随后通过AFM观测得出。应注意的是,密封轴承中润滑脂的标准填充率始终是自由体积的30%~40%,这相当于非通过体积的约100%。当轴承开始运行时,润滑脂块将被推向侧面。如果找到了全空的空间,就会留在那里。在这种情况下,润滑脂块被推向已在那里的润滑脂上,其中一部分将被推回滚道,等待下次被推向侧面。然而,这种循环流随时间延长而减少,并在给定的点停止,如图4所示,此时在防尘盖和/或轴承内部的润滑脂量几乎相同,不管润滑脂的成沟和/或清除类型的行为。对于良好/峰值型润滑脂,这种润滑脂分布过程在短时间内发生;对于不良/平台型润滑脂,这种润滑脂分布过程将需要很长时间。令人惊讶的是,这一清除阶段的结束以通过区域的润滑脂体积相对突然地少量减少为标志。这种清除的突然停止一定是由于润滑脂特性的变化。

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图5 搅动温度下的屈服应力随′的变化(实心符号:搅动阶段的测量值;空心符号:分油阶段的测量值)

对于不良/平台型润滑脂,清除阶段的结束以屈服应力的突然变化(在约E ′= 3 000 000处)为标志,如图5和图4a所示,这再次以某个临界能量E ′为标志。对于良好/峰值型润滑脂,屈服应力在清除阶段的最后一部分是稳定的(图5)。这一阶段的结束没有以屈服应力的变化为标志。然而,这里也以一个临界能量E ′为标志。这点在图4b中没有在图4a中清晰,因为在转变过程中E ′值有重叠。然而,这可能由热惯性造成。E ′由测得的温度计算出来,其随着摩擦力矩有时间延迟。最后3个实心符号(图4b)从温度下降的测量中得到,所以这3个点的E ′应比图中显示的低。遗憾的是,不可能直接测量摩擦力矩,所以不可能将其量化。

因此,对2种润滑脂的测量表明,清除的结束用临界能量来描述,良好润滑脂的临界能量低,而不良润滑脂的临界能量高。超过该能量会导致不良/平台型润滑脂的屈服应力变化,但对良好/峰值型润滑脂则不会。润滑脂特性的变化不能直接用流变仪测量。接下来将通过研究这些润滑脂在这些过程中的微观结构变化来进行研究。

2.3 屈服应力的演变

文献[14]表明,从轴承中取出的润滑脂的屈服应力演变表现出一种不寻常的行为。在运行/搅动温度下其增加,但在40 ℃时降低。这在单向剪切过程中不会发生。本文通过AFM观测对这种反常行为进行了分析,指出稠化剂纤维的团聚可能是造成这种反常行为的原因。毕竟在单向剪切的情况下未观察到团聚现象。

在之前的论文中,只在搅拌阶段的开始和结束时测量了润滑脂的流变性。现在已进行了更多的试验,这样就可更详细地研究搅动阶段的行为。一些试验的屈服应力如图5所示,其中温度曲线如图3所示。这里的样品在每次试验的搅动阶段中或搅动阶段后采集。2种润滑脂在搅动温度下测得的屈服应力如图5所示。值得注意的是,图5中所示的值并未显示特定轴承的润滑脂屈服应力与′的关系。每个点表示单独的轴承试验中样品的测量值。一些测量在搅动阶段进行,一些在分油阶段进行。在分油阶段,屈服应力没有显著变化,因为在此阶段的润滑脂(几乎)静止。

图5中的圆形符号显示了良好/峰值型润滑脂屈服应力的演变。屈服应力最初降低,但在E ′值较大时保持不变。对于不良/平台型润滑脂(三角形符号),屈服应力在搅动阶段没有变化。搅动阶段需更长的时间,因此在进入分油阶段前,润滑脂暴露于更高的E ′值。在E′的某一临界值时,该润滑脂的屈服应力迅速降低。

对于这两类润滑脂,在搅动阶段,搅动温度下的屈服应力降低。对于良好/峰值型润滑脂,在搅动完成前就已发生,而且速率相对较低。然后持续搅动,没有润滑脂降解。由于这种润滑脂的屈服应力变化,搅动阶段显然并未停止。对于不良/平台型润滑脂,屈服应力只能吸收一个临界能量。

2.4 滚压稳定性试验老化

如前节所述,轴承试验表明搅动阶段的行为与润滑脂的热机械老化有关。这在轴承中很难测量,因为流动的复杂性,润滑脂的剪切体积和剪切速率都会随着时间变化。毕竟润滑脂不是简单地在高温下被剪切,而是在被剪切时也会从球(通过区域)之间推到轴承挡边/防尘盖(非通过区域)上。因此定义了一个模型问题,即在没有这种复杂流动的情况下,在RST试验中的润滑脂老化。应小心进行直接比较,因为轴承的老化以消耗的能量来度量,而在RST中则以时间的函数来度量。此外,RST中的搅动永远不会停止。结果(图6)显示了与轴承试验(图5)中相似的润滑脂性能。在RST试验中,对于峰值型润滑脂,屈服应力最初降低,然后变得恒定;之后甚至会上升,然后再次下降。这种动态行为很难解释。然而这也无关紧要,因为在轴承中不会达到这种严重的老化。在此发生之前,沟已形成,滚道也已清除。不良/平台型润滑脂的RST结果与在轴承中发现的有些不同,但总的来说,行为再次相似:屈服应力相对恒定,随后降低。

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图6 在成沟温度(LM3L: 125 ℃和LM2L: 110 ℃)下进行的滚压稳定性试验(RST)的屈服应力随着老化时间的变化。竖直虚线表示在轴承中发现的润滑脂最大老化状态


3 搅动阶段中和搅动阶段后的润滑脂微观结构表征

对未使用的润滑脂以及搅动阶段中和搅动阶段后的润滑脂进行了AFM观测,结果如图7所示。这些测量值的解释如图8所示。在搅动阶段,良好/峰值型润滑脂(图8b)比不良/平台型润滑脂(图8a)的微观结构变化小。对于良好/峰值型润滑脂,一些纤维的尺寸会减小,但大多数纤维在整个搅动阶段会保持不变。相比之下,对于不良/平台型润滑脂,长纤维在搅动过程中最终都被分解成中等尺寸的纤维,主要是短纤维。

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图7 AFM结构图像12.jpg

图8 搅动温度下屈服应力随E ′变化的示意图及AFM图像(注: 实心符号指搅动阶段,空心符号指分油阶段)

这些测量结果清楚表明,在搅动阶段结束时,良好/峰值型润滑脂仍显示出原始长度的纤维,而不良/平台型润滑脂中的纤维已完全降解。

令人惊讶的是,这并未转化为屈服应力的变化。毕竟对于这两类润滑脂,在E ′>100 000处屈服应力作为能量的函数是恒定的。对于不良/平台型润滑脂,搅动过程将持续至微观结构完全退化(只有短纤维)。在那一点,屈服应力迅速降低。润滑脂不能吸收更多的能量,降解完全。良好/峰值型润滑脂的微观结构变化较小。屈服应力最初确实降低,但后来变得恒定。在发生大降解前,即在屈服应力迅速降低前,搅动停止。由此可得出4个结论:

1)良好/峰值型润滑脂的微观结构退化比不良/平台型要小得多,在达到最大能量前就会清除。

2)与不良/平台型润滑脂不同,良好/峰值型润滑脂在成沟初期的屈服应力降低,微观结构退化少。因此,这种屈服应力的降低本身并不由纤维降解引起。

3)良好/峰值型润滑脂在许多长纤维仍存在时产生清除。

4)不良/平台型润滑脂在稠化剂纤维全部长度缩短后产生清除。


4 平台型与峰值型对比:流变学分析

到目前为止,大部分最初位于通过区域的润滑脂体积非常迅速地移动到非通过区域。在此之后,只有5%~10%的润滑脂体积将成为循环流的一部分,从轴承的通过区域内到防尘盖并再次回流。这是多相流(空气/润滑脂)。虽然只有5%~10%的润滑脂在流动,但100%的润滑脂参与了流动。从防尘盖提取的润滑脂样品在搅动阶段显示出连续的变化或降解,这证明了后者。

目前尚不清楚是什么让良好/峰值型润滑脂的搅动阶段较短,什么让不良/平台型润滑脂的搅动阶段较长。参与的润滑脂体积在时间/能量上是恒定的,2种润滑脂在清除过程中润滑脂体积的变化相同,条件恒定,几何尺寸恒定。因此,流体变化的唯一原因一定是润滑脂的流动特性(流变性)发生了变化。事实上,对于不良/平台型润滑脂,搅动阶段的结束以屈服应力的变化为标志。然而,这不是良好/峰值型润滑脂的情况。

不仅测量了屈服应力,还探索了所有目前已知的流变特性,如表观黏度、储存和损失模量等,但没有成功。唯一可能的解释可通过AFM分析得出,稍后必须将其转化为新的流变/流动数,类似于用Reynolds数描述的层流到湍流的转变。下面的微观结构分析是一个很好的开始。


5 微观结构柔韧性和团聚

对从良好/峰值型润滑脂(图7b和图9b)中采集的样品进行AFM观测表明,轴承和RST中屈服应力的早期降低与纤维降解无关,而仅与微观结构变化有关。在第二阶段,当屈服应力恒定时,AFM图像显示出对于良好/峰值型润滑脂,很少形成短或中等尺寸的纤维。通过对纤维的排列/重新定向而使润滑脂软化/弱化的特性在这里被称为微观结构柔韧性。Nan Xu等也观察到了类似现象,由于纤维径向尺寸的减小,产生了更好的缠结,改善了微观结构柔韧性。具有微观结构柔韧性的润滑脂可通过改变其微观结构来适应施加的剪切力/能量的影响,而不是通过破坏其纤维。由图7a(轴承)和图9a(RST)可明显看出这点,其中不良/平台型润滑脂显示纤维在搅动阶段早期就已降解为中短尺寸的纤维。在更严重的老化后,在轴承和RST中,不良/平台型润滑脂显示了大量的短纤维破碎,这导致了RST中的屈服应力非常微小的降低和轴承中恒定的屈服应力。柔韧性的损失不仅由纤维长度的缩短引起,还由团聚引起,如文献[14]所示。

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图9 在成沟温度下的RST屈服应力测量和AFM

这并不意味着在剪切老化下良好/峰值型润滑脂中的纤维始终保持完整。这种润滑脂也会发生纤维分解,但只有在较长的老化时间后才会发生。然而,轴承中将不会到达这一阶段,因为在那之前早已发生清除。这在RST试验中不可能发生。在屈服应力恒定期后,屈服应力先增大后急剧减小。相应的AFM图显示,随着屈服应力的增加,中短尺寸纤维的形成也增加。在随后的屈服应力迅速降低期间,润滑脂中仅存在短尺寸纤维。

对于不良/平台型润滑脂而言,屈服应力在临界能量水平下迅速降低,换句话说,其突然折断,这一事实可很好地说明柔韧性。相比之下,良好/峰值型润滑脂的屈服应力在整个搅动阶段并未显示出这点:润滑脂更有弹性,而不是突然折断。在这种润滑脂发生这种情况前就已完成清除。


6 结论

在搅动阶段,润滑脂宏观流由初始条件(润滑脂在轴承中的初始分布)和流动特性(流变性)的变化所决定。流变特性的变化是由于热机械老化,由剪切引起,再由流动引起。在相同条件下运行的采用相同润滑脂的轴承的搅动阶段持续时间的变化由初始条件的微小变化造成,这是由于初始阶段填充的微小变化和流变学的非常急剧变化。这些对润滑脂流动有很强的影响,因此对搅动阶段的润滑脂老化有很大的影响。正是这种老化决定了润滑脂特性,再结合轴承类型和运行条件,决定了搅动阶段的持续时间。老化以及由此而来的搅动阶段的持续时间似乎可用能量概念很好地定义。事实上,如果较大一部分润滑脂体积参与流动,那么机械降解就会更严重,导致更短的搅动阶段。参与流动的部分较少将导致更小的降解,导致更长的流动停止时间,因此搅动阶段更长。

脂润滑滚动轴承的搅动过程包括2个阶段;在几分钟内(取决于轴承类型和运行条件)形成一道沟。在这一阶段的过程应被称为成沟,到此为止,大部分润滑脂被推向侧面。仅约总体积5%~10%的润滑脂维持搅动过程。在此之后,这5%~10%中的大部分仍需从滚道中移除,因此在这一阶段的过程应被称为清除。

当从轴承中通过到非通过体积的循环流停止时,清除阶段将结束。这只有在达到某些临界流动特性时才会发生。不能像本文用屈服应力说明的那样发现这种流变特性。所有的标准参数(包括黏度)都已进行了研究,但在从搅动阶段到分油阶段的转变过程中,没有一个标准参数(包括黏度)显示出良好和不良型润滑脂的相似行为。这种特性不能仅用润滑脂的微观结构来描述。对于良好/峰值型润滑脂,当纤维仍相对较长时,流动停止;对于不良/峰值型润滑脂,只有在纤维明显缩短后才会发生这种情况。

有迹象表明,润滑脂的微观结构柔韧性决定了清除行为,也就是说,决定了搅动阶段需很长(不良/平台型)还是很短(良好/峰值型)。微观结构柔韧性是润滑脂纤维在剪切作用下不发生降解而重新定向的能力。良好/峰值型润滑脂将有一个高的微观结构柔韧性(拉伸纤维),并将显示在搅动阶段有限的屈服应力降低。低的微观结构柔韧性导致纤维破裂,随着能量的增加而变化,并将在某点突然折断,导致屈服应力急剧降低。

滚道的清除对于良好/峰值型润滑脂更加复杂。轴承中润滑脂体积的演变不能用能量概念恰当地描述,这可能是由于用温升来计算的缘故。对于良好/峰值型润滑脂,搅动阶段非常短,热惯性可能会在这方面给出显著的误差。事实上,清除并不以屈服应力的变化为标志。类似于对不良/平台型润滑脂所描述的那样,屈服应力不是正确的流变参数。

滚道的清除必须与润滑脂的流动特性(流变性)有关,清除过程未被了解。已看到搅动阶段的长度取决于润滑脂类型,并随着试验的不同而变化。然而,目前尚不清楚是什么原因导致侧流停止。对于平台型和峰值型润滑脂,位于球之间的润滑脂的体积在清除阶段相同。这一过程结束时的微观结构可能由长纤维(良好清除/峰值型)或短纤维(不良清除/平台型)组成。在这2种情况下都发生了突然清除,只是发生这种情况的时刻不同。可预期润滑脂的微观结构将演变到这种突然清除将发生的状态。事实并非如此,所以并没有一种独特的机理导致清除/搅动阶段的结束。这使问题非常复杂,需进一步研究。

该研究的主要结论是,搅动阶段的持续时间与临界能量有关,只有在更好地理解滚动轴承中的润滑脂降解和润滑脂流动的热力学后,才能建立预测这一过程的模型。搅动阶段的长度不仅是临界能量的函数,也是运行条件(主要是速度)的函数。为了量化搅动阶段的持续时间,需引入流动参数,一个Reynolds数类型的参数不仅应包括正确的黏度概念,还应包括长度和速度尺度。


来源:网络

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